O dimensionamento de fundações apoiadas sobre solos reforçados por colunas representa um desafio devido à natureza composta do mesmo e à grande quantidade de inclusões envolvidas no processo de reforço. Do ponto de vista do cálculo da capacidade de carga, as metodologias de dimensionamento propostas na literatura tratam ou de cálculos empíricos, ou de cálculos analíticos para carregamentos puramente verticais, ou utilizam o método de elementos finitos através de análises elasto-plásticas incrementais. No presente trabalho estuda-se, através da análise limite, a capacidade de carga de fundações superficiais apoiadas sobre solos argilosos reforçados por colunas submetidas a cargas inclinadas. Assim, este trabalho constitui uma primeira referência em analisar o efeito do reforço no diagrama de interação que relaciona às componentes da carga. Inicialmente, realizou-se uma análise em estado plano de deformação para um solo reforçado por uma coluna isolada. Foram construídos campos de tensões lineares por trecho, estaticamente admissíveis e que satisfazem o critério de resistência, determinando limites inferiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem estática da análise limite. Na sequência, através da utilização de mecanismos de ruptura cinematicamente admissíveis, foram encontrados limites superiores da capacidade de carga. Trata-se da abordagem cinemática da análise limite. A construção de ábacos permitiu realizar um estudo paramétrico da melhora da capacidade de carga em função dos parâmetros adimensionais, definidos pela geometria e propriedades de resistência. Finalmente, realizou-se uma generalização à situação de um solo reforçado por um grupo de colunas, em estado plano de deformação, mediante a aplicação da abordagem estática e cinemática da análise limite e posterior estudo paramétrico. Os resultados mostraram que, a medida que aumenta a componente horizontal da força, a componente vertical de ruptura diminui. Este fato constitui um risco na edificação de estruturas submetidas a carregamentos inclinados. Os parâmetros adimensionais que controlam a capacidade de carga são: o ângulo de atrito interno do material de reforço e a relação entre o intercepto coesivo do reforço e do solo. Foi encontrado que, para fins práticos, a carga limite é independente da quantidade de colunas, sempre que o volume de reforço seja mantido. / From a practical engineering viewpoint, design of column-reinforced foundations turns to be a challenging task owing to the strong heterogeneity of the geo-composite resulting from the association of native soft soil and the reinforcing soil columns. The design procedures conceived to estimate bearing capacity improvement from this reinforcement technique have mainly dealt with foundations under vertical loading. The purpose of the present work is to investigate the ultimate bearing capacity problem of column-reinforced foundations under inclined loading, within the framework of limit analysis theory. Special emphasis is given to the effect of reinforcement on the interaction diagram relating the foundation load components. Starting from the situation of an isolated column, a lower bound solution for the bearing capacity is derived, in plain strain analysis, by considering statically admissible piecewise linear stress fields that comply with the failure condition everywhere in the foundation soil. On the other hand, the kinematic approach of limit analysis makes it possible, through the implementation of failure mechanisms on the column-reinforced structure, to derive upper bound estimates of the bearing capacity for each value of the inclination angle of applied load. The semi-analytical expressions of both lower and upper bound estimates allow for a parametric study on the improvement of the bearing capacity as a function of dimensionless parameters, which are defined from geometrical and strength properties. In this context, design charts are presented to provide an insight into the reinforcement mechanism. Finally, the generalization of the approaches to the situation of a soil reinforced by a group of columns is presented, considering plain strain analysis. As soon as the horizontal component of the force increases, the vertical component of the bearing capacity decreases. This fact constitutes a risk for structures submitted to inclined loading. The dimensionless parameters that control the bearing capacity are: the reinforcement material friction angle and the relation between the coesion intercept of the reinforcement and the soil. For practical purposes, the bearing capacity doesn’t depend on the column number, but on the reinforcement volume.

O trabalho apresenta o histórico e o desenvolvimento dos equipamentos de estacas hélice segmentada, que surgiram no ano de 2002. Atualmente já existe um número representativo de equipamentos em operação no mercado, confirmando a boa aceitação do processo pelo meio técnico. São detalhados os aspectos executivos deste tipo de fundação e investiga-se o risco de sua execução no aspecto operacional, no que se refere à integridade da estaca, caso não sejam observados padrões ou regras adequadas pelas empresas executoras. Foram executados ensaios de integridade (PIT) em 10 estacas hélice segmentadas, instaladas em São Bernardo do Campo SP, com particularidades executivas diversificadas e em terreno com características distintas, que permitiram verificar a confiabilidade dos gráficos de monitoração da perfuratriz. Ainda neste trabalho, apresenta-se resultado de prova de carga instrumentada, feita numa estaca hélice segmentada de 30 cm de diâmetro e 12 m de comprimento, instalada no Campo Experimental de Fundações e Mecânica dos Solos da UNICAMP. A estaca foi submetida a carregamentos lento e rápido, estáticos e à compressão, e seus resultados são comparados com os de provas de carga em estacas tipo hélice contínua, de mesmo comprimento, feitas anteriormente no local. Ao término, apresentam-se algumas recomendações baseadas na pesquisa e no acompanhamento de obras, podendo-se assim, avaliar padrões de boa e má execução. / This work presents the history and development of segmented flight auger equipment, which appeared in 2002 in Brasil. Nowadays there is already a considerable number of equipments being operated in the market, confirming the well acceptance of the process in the technical field. The executive aspects on this type of foundation are detailed and it is investigated the risk of its execution in the operational aspect regarding the pile integrity, in case patterns or adequate rules are not observed by the pile companies. Pile integrity tests have been carried out in 10 segmented flight augers installed in São Bernardo do Campo SP, with executive particularities in diversified fields with distinguished characteristics, which allowed to check the reliability of monitoring graphs from the drilling machine. In addition, it is shown the result of an instrumented loading test, carried out on a segmented flight auger of 30 cm diameter and 12 m length, installed at the Experimental Field of Foundation and Soil Mechanics at UNICAMP. The pile was submitted to slow and quick static loading compression tests. A comparison is made with the results of load tests on continuous flight auguer, of the same length, done before on this site. Finally, some recommendations are presented based on the research and on the follow-up of constructions, allowing to evaluate patterns of good and bad execution.

O principal objetivo do presente projeto é verificar a interação entre a estrutura da fundação de uma máquina - um ventilador industrial - com a fonte de excitação, no caso seu próprio motor, com o intuito de identificar possível ocorrência do chamado \"fenômeno do salto\", também conhecido como Efeito Sommerfeld. Tal fenômeno é decorrente do acoplamento dinâmico entre a fonte excitadora e a estrutura durante a passagem pelos diferentes estados de ressonância, à medida que o motor é acelerado, até chegar ao regime permanente, sendo possível observar-se o mesmo fenômeno também no momento da desaceleração. Conceitua-se, neste trabalho, o modelo fonte não-ideal de energia como aquele que decorre da efetiva interação do motor da máquina com a estrutura, diferentemente do modelo de fonte ideal, aqui compreendida como sendo isenta de qualquer tipo de interação com a estrutura. Em razão do modelo adotado, a estrutura em estudo apresenta poucos graus de liberdade, definem-se as equações do movimento, tanto para o sistema ideal, como para o não-ideal, por meio da formulação de Lagrange, e obtêm-se as soluções numéricas. Conclui-se que se as Normas usuais de projeto de fundações de máquinas são empregadas em casos reais da engenharia, os fenômenos não-ideais procurados não são observados. / The main objective of the present project is to verify the interaction between the foundation structure of a machine - an industrial fan - with the excitation source, its own motor, in this case to identify possible occurrence of the so called \"jump phenomenon\", also known as Sommerfeld Effect. Such phenomenon is derived from the dynamic coupling between the excitation source and the structure during the passage through the different resonance states as the motor is accelerated until it arrives to its steady-state. It is possible to observe the same phenomenon at the moment of the deceleration. It is considered, in this work, the non-ideal source of energy model as the one that derives from the effective interaction between the motor of the machine with the structure, differently of the ideal source model, herein understood as exempted of any kind of interaction with the structure. As a consequence of the adopted model of the structure under analysis presenting few degrees of freedom, the equations of motion are defined, both for ideal and for nonideal systems, through the formulation of Lagrange, and their numerical solutions are obtained. It is concluded that if usual design Codes for machine foundations are applied to real engineering cases, the searched for phenomena are not observed.

A pesquisa teve como objetivo analisar e discutir o comportamento de blocos de concreto armado sobre duas estacas submetidos à ação de força centrada e excêntrica. Desenvolveu-se uma análise numérica tridimensional não-linear de blocos de concreto armado sobre duas estacas. A análise numérica levou em consideração a fissuração do concreto e a influência das armaduras no comportamento estrutural dos blocos. Por meio da análise numérica, foi possível perceber o comportamento e a forma geométrica das bielas de compressão, com isso, obteve-se melhor entendimento do modelo de bielas (escoras) e tirantes aplicado a blocos de concreto armado sobre duas estacas. A geometria observada nos modelos numéricos analisados preliminarmente difere da usualmente sugerida por vários autores. Realizou-se investigação experimental de blocos, com o fim principal de observar, de modo mais abrangente, a geometria das bielas de compressão. A instrumentação foi posicionada nas faces dos blocos com extensômetros espaçados de modo a ocuparem boa parte da largura e, conseqüentemente, indicarem as suas geometrias. A análise experimental de blocos sobre duas estacas submetidos à ação de força excêntrica permitiu observar o comportamento das bielas e tirantes que diferem dos observados quando a força é centrada. Também foi analisada a eficiência dos ganchos das barras de aço que compõem os tirantes, verificando-se que os ganchos podem ser omitidos sem prejuízo da segurança estrutural dos blocos. Em função dos resultados obtidos por meio das análises experimental e numérica desenvolveram-se modelos de bielas e tirantes aplicados a blocos sobre duas estacas / The research had as objective to analyze and to argue about the behavior of two pile caps submitted to the action of a centered and eccentric load. A nonlinear three-dimensional numerical analysis of two pile caps was developed. The numerical analysis included the cracking and the influence of the reinforcement in the structural behavior of the pile caps. By the numerical analysis, it was possible to perceive the behavior and the geometric form of the strut, with this understand the model strut-and-tie applied to the two pile caps. The geometry observed in the numerical models analyzed at first differs from the usually suggested by some authors. This project realized experimental tests of piles caps to observe the geometry of the struts. The instrumentation was located in the faces of the pile caps with spaced strain-gages in order to occupy good part of the width and, consequently, indicate its geometry. The experimental analysis of two pile caps submitted to the eccentric load allowed the behavior observation of the strut and tie that differ from the one observed when the load was centered. Also the efficiency of the hooks of the reinforced bar was analyzed, therefore, in the experimental analysis of pile caps already developed, it was verified that the hooks can be omitted without damage of the structural security of the pile caps. For treating the procedure defined in the project, and taking advantage of the experimental analysis realized, it was understood that this requirement can be analyzed and that the results will bring benefits to the project. In function of the results obtained through the experimental and numeric analysis strut-and-tie models were developed to be applied in two pile caps

Interação solo-estrutura é o objeto de estudo deste trabalho. O principal objetivo é verificar a verdadeira importância desse fenômeno na análise estrutural de edifícios usuais em concreto armado sobre fundações diretas. Inicialmente apresenta-se um estudo sobre o comportamento do solo. Logo após são descritos os processos de dimensionamento de fundações superficiais, com base na NBR 6122 (1996). Descrevem-se em seguida os elementos barra e sapata rígida, utilizados na modelagem do sistema superestrutura-subestrutura-maciço de solos. Discute-se a modificação do elemento sapata rígida, que representa fundação e solo, para a consideração de uma camada indeslocável no interior do solo. De acordo com a teoria apresentada, dois exemplos são submetidos a duas análises, com ou sem a consideração da interação sol-estrutura, para que os resultados sejam comparados. Aplicam-se separadamente as ações verticais e horizontais. A influência duma camada indeslocável no interior do solo e os efeitos da seqüência construtiva dos edifícios também são analisados. / Soil-structure interaction is the subject of this work. The foremost aim is to verify the real importance of that phenomenon on the structural analysis of usual reinforced concrete buildings on shallow foundations. At first, it is presented a study of soil behaviour. Design procedures of shallow foundations based on NBR 6122 (1996) are described afterwards. Then, the beam and rigid footing elements, used for modelling the superstructure-infrastructure-foundation soil system, are described. It is discussed the modification of the rigid footing element, which represents foundation and soil, to consider a rigid layer within soil. According to the theory above presented, two examples are subjected to two analysis, with or without the consideration of soil-structure interaction, in order to compare the results. Vertical and horizontal loads are separately applied. The influence of a rigid layer within soil and the effects of the sequence of buildings construction are also analysed.

Esta pesquisa realiza a análise do comportamento estrutural de blocos rígidos de concreto armado sobre duas estacas submetidos à ação de força vertical centrada, com pilares de seções quadradas e retangulares e diferentes taxas de armaduras de pilares. Nestes elementos utilizam-se o método das Bielas e Tirantes para o projeto estrutural, mas normalmente não se considera a influência da seção geométrica dos pilares e suas taxas de armadura no projeto do bloco. Apresenta-se um estudo experimental de doze modelos de blocos sobre duas estacas, na escala 1:2. Foi desenvolvida uma análise numérica tridimensional e não linear, pelo método dos elementos finitos, com o auxílio de um programa de computador. Com a análise experimental e numérica foi investigada a distribuição do fluxo das tensões principais de compressão e tração nos modelos e constataram-se diferenças na transmissão de forças para os blocos quando se altera a taxa de armadura e a seção transversal dos pilares. Esta constatação modifica o modelo de Biela e Tirante inicialmente adotado. As deformações em armaduras construtivas complementares também foram estudadas possibilitando o entendimento do modelo estrutural. Um modelo de Bielas e Tirantes para blocos sobre estaca com pilares alongados foi proposto. / This research presents an analysis of the rigid two-pile caps structural behavior. The models were subjected to force action centered and supported columns with different rate of armor and square and rectangular cross sections. These elements can be rigid or flexible, rigid pile-caps can be sized using the Method of Strut and Tie. In most cases the Method of Strut and Tie and the influence of column reinforcement are not considered in the pile-cap´s structural projects. This research presents an experimental investigation of two-pile caps with the objective of improve criteria structural projects. Twelve rigid two-pile caps were builded using 1:2 scaled models. Three-dimensional numerical analyses using software based on element finite method (FEM) were developed considering the reinforced concrete nonlinear behavior. Using results of experimental analysis and numerical analysis an investigation of the flow distribution of the principal stresses of compression and tension in the models was performed, differences in the transmission of forces to the pile-caps, when changing the reinforcement ratio and the cross section of the columns, were detected. The initial model of strut and tie may be modified due to results. The understanding of the structural model was also possible by analysis of the stirrups and upper constructive reinforcement stress-strain behavior. A strut and tie model for pile-caps with an elongated rectangular column was proposed.

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T21:44:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Okabe_EduardoPaiva_D.pdf: 3699501 bytes, checksum: 9a744709014d0fd925784d9408f38690 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho são investigados os efeitos da estrutura de suporte e de mancais hidrodinâmicos no comportamento de uma máquina rotativa. A estrutura de suporte, também conhecida como fundação, foi analisada experimentalmente, e através da análise modal das funções resposta em freqüência (FRF) foram calculados seus parâmetros modais. Estes parâmetros foram refinados através de dois métodos de otimização, o primeiro foi baseado na busca áurea, e segundo no método de mínimos quadrados não-linear. O modelo modal da fundação foi integrado ao sistema rotor-mancais através do método das coordenadas mistas, para o cálculo da resposta ao desbalanceamento do sistema completo. A análise modal complexa do sistema rotor-mancais-fundação foi utilizada para determinar a função resposta em freqüência direcional (dFRF), na qual foram observados os efeitos dos parâmetros testados sobre os modos diretos e retrógrados do rotor. Duas abordagens diferentes foram adotadas para a modelagem dos mancais hidrodinâmicos: o método das diferenças finitas e uma solução analítica usando a teoria de mancal curto. O método das diferenças finitas foi empregado no cálculo dos coeficientes de amortecimento e rigidez de um mancal hidrodinâmico finito, e estes foram aplicados no cálculo da resposta ao desbalanceamento e dFRF do rotor. A solução analítica foi usada no cálculo da resposta harmônica do rotor para demonstrar o comportamento não-linear do mancal. Os resultados das simulações foram verificados experimentalmente em um banco de testes / Abstract: This work investigates the effects of the support structure and the hydrodynamic bearings on the dynamic behaviour of rotating machinery. The support structure, also known as foundation, was analysed experimentally and its modal parameters determined through the modal analysis of its frequency response functions (FRF). These parameters were refined through two optimization methods, the first one based on the Golden Search, and the other one on the Nonlinear Least Squares method. The modal model of the foundation was integrated to the rotorbearings system through the Mixed Coordinates method for the calculation of the unbalance response of the complete system. The complex modal analysis of the rotor-bearings-foundation system was applied to calculate the directional frequency response function (dFRF), and determine the effects of the tested parameters on the forward and backward modes. Two different aproaches were adopted to model hydrodynamic bearings: the finite difference method and an analytical solution using the short bearing theory. The finite difference method was employed to calculate the stiffness and damping coefficients of a finite journal bearing, and they were applied in the calculation of unbalance response and dFRF of the rotor. The analytical solution was used to calculate the harmonic response of the rotor and demontrate the bearing nonlinear behaviour. The results of the simulations were verified through experimental tests in laboratory / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de previsão de capacidade de carga de estacas, utilizadas em torres e postes de linhas de transmissão de energia elétrica, segundo esforços horizontais, considerando-se as parcelas coesiva e friccional dos solos, bem como um estudo relacionado à melhoria das propriedades do solo nas regiões mais solicitadas. Tal estudo está vinculado a um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento da Companhia Estadual de Energia Elétrica – CEEE, em parceria com a Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que visa estabelecer metodologias de capacidade de carga de fundações de linhas de transmissão sob condições distintas de carregamento. A análise do comportamento de estacas sob carregamento lateral foi baseada em simulações numéricas tridimensionais, através do método dos elementos finitos, utilizando-se o software ABAQUS. As simulações ocorreram após extensiva revisão bibliográfica acerca dos métodos de dimensionamento de estacas sob carregamento lateral, modelos constitutivos e propriedades geotécnicas de solos característicos do Rio Grande do Sul, em condições natural, compactada e cimentada. Nas simulações, foram levados em conta parâmetros geotécnicos que representassem os diferentes tipos de solos levantados, bem como a geometria da estaca e o mecanismo de ruptura apresentado mediante solicitação, identificados de acordo com os métodos apresentados. O modelo constitutivo adotado para a condução do programa de simulações foi o de Mohr-Coulomb, o qual foi testado e verificado a partir da simulação numérica de ensaios triaxiais e provas de carga de arrancamento em sapata e carregamento lateral em estaca. A partir dos resultados das simulações, foi realizada a análise da influência de cada parâmetro de entrada sobre a resposta do conjunto solo-estaca, em termos de carga horizontal atingida, deflexão da estaca e deformações do solo, para cada geometria. Os parâmetros que apresentaram maior influência foram coesão, módulo de Young e ângulo de atrito interno. A partir desta análise, para cada geometria estabeleceu-se uma lei de comportamento para estacas submetidas ao carregamento lateral, que relaciona a carga horizontal com um fator de parâmetros que agrega as variáveis mais influentes, contemplando as características coesivo-friccionais do solo. Quanto à geometria, observou-se que, em estacas mais curtas, ocorre a tendência ao giro do elemento estrutural, o qual apresenta menores regiões de concentração de tensões em relação às estacas mais longas, que tendem à formação de rótulas plásticas. A profundidade onde se encontram os maiores níveis de tensão na estaca não variou entre estacas longas de igual diâmetro, assim como a magnitude das tensões no conjunto, indicando que a partir de certa profundidade crítica (relacionada ao diâmetro da estaca e às propriedades geotécnicas do substrato) o aumento da profundidade da estaca é irrelevante. A análise de isovalores de tensão e deslocamentos do solo auxiliou na identificação da área de maior solicitação mediante carregamento horizontal, indicando as regiões onde deveria haver melhorias. O tratamento avaliado foi radial à estaca, tendo-se variado o seu diâmetro e sua profundidade, abrangendo a região mais solicitada. Os resultados demonstraram melhorias significativas mesmo com volumes de tratamento relativamente pequenos. A taxa de melhoria de resistência aumentou com o nível de deflexão relativa, sendo aparentemente função do volume de tratamento. / This paper shows the development of a prediction model of pile's loading capacity, used in towers and poles of electrical energy transmission, with horizontal loading, considering the cohesive and frictional portions of the ground, as well as a study regarding the improvement of the soil’s properties in the most requested areas. Such work is connected to a Research and Development Project of State Company of Electric Energy – CEEE, in partnership with the Federal University of Rio Grande do Sul – UFRGS, with the objective of establishing methodologies of bearing capacity of transmission lines' foundations under different conditions of loading. The analysis of the behavior of piles under lateral loading was based on tridimensional numerical simulations, through the finite element method, being used the ABAQUS software for such calculations. The simulations took place after extensive search through literature regarding design methods of piles under lateral loading, constitutive models and geotechnical properties of soils considered typical in the RS, in natural conditions, compacted and cemented. During the simulations, geotechnical parameters that represent the different kinds of studied soils were taken into account, as well as the geometry of the pile and the rupture mechanism shown by request, identified according to the presented methods. The constitutive model adopted for the conclusion of the simulation program was the one by Mohr-Coulomb, which was tested and verified through the numerical simulation of triaxial tests, uplift load tests on shallow foundation and lateral loading tests on pile. As of the results taken from the simulations, the analysis of the influence of each key parameter on the soilstructure’s behavior took place, in terms of reached horizontal load, deflection of the pile and soil deformation, for each geometry. The parameters that presented more influence were the cohesion, Young’s module and friction angle. From this analysis, for each geometry it was established a behavior law for piles under lateral loading, that relates the horizontal loading with a parameters factor that adds the most influent variables, contemplating the cohesivefrictional characteristics of the soil. When regarding the geometry, it was observed that, in shorter piles there is a tendency to the foundation’s rotation, which presents smaller areas of stress concentration when compared to longer piles, which tend to the formation of yielding hinges. The depth in which the highest stress levels in the pile can be found didn’t vary amidst long piles of same diameter, as well as the magnitude of stresses on foundation system, indicating that from an established critic depth (related to the foundation’s diameter and to the geotechnical properties of the substrate) the increase in the pile’s depth is irrelevant. The analysis of contours of stress and displacements of the soil helped in the identification of the area of greatest request by horizontal loading, indicating the zones where improvements should be done. The treatment evaluated was around the pile, having its diameter and its depth varied, covering the most requested area. The results showed significant improvements even with relatively small improvement fill. The rate of improvement of resistance increased with the level of relative deflection, apparently being function of the treatment volume.

Engenheiros geotécnicos, defrontam-se frequentemente com solos de baixa capacidade de suporte. Para viabilizar projetos nestes materiais, pode-se utilizar fundações com grandes dimensões e/ou melhorar a propriedades mecânicas destes solos. Fundações de grandes dimensões podem ser extremamente onerosas e gerar impactos ambientais indesejáveis provocados por grandes movimentações de solo. Em contrapartida, o melhoramento das propriedades mecânicas do solo pode ser obtido por meio de tratamento com agentes cimentantes. Esta técnica tem-se mostrado bastante promissora nas diversas subáreas da geotecnia, como por exemplo, leito e subleito de pavimentação, estabilidade de taludes e terrenos para assentamento de fundações à compressão. A utilização desta técnica em fundações escavadas submetidas à tração ainda é incipiente. Até meados dos anos 1950, os métodos de previsão de desempenho consideravam somente o peso do solo contido em uma superfície ruptura somado ao peso da fundação, como contribuindo na capacidade de carga ao arrancamento. Estudos recentes passaram a incluir uma terceira parcela de resistência devido à resistência ao cisalhamento do solo. A partir de então diversos autores passaram a estudar técnicas de melhoramento e reforços dos reaterros. Num primeiro momento, foi estudada a influência das técnicas de compactação do reaterro e a substituição do material por outro com melhores propriedades. Atualmente, os estudos concentram-se no reforço dos reaterros com geossintéticos e adição de agentes cimentícios. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é realizar um estudo avaliando os benefícios gerados pelo aumento da capacidade de carga, de fundações escavadas e reaterradas com areia fina e homogênea (proveniente da cidade de Osório/RS), cimentada, avaliando sua influência em termos das propriedades geométricas (diâmetro das fundações, profundidade de assentamento e diâmetro de tratamento) e geotécnicas (coesão, ângulo de atrito e módulo de elasticidade, influenciados pelo teor de cimento). Para tanto foram realizadas provas de carga à tração, variando-se o diâmetro (30 e 45 cm), profundidades de embutimentos (entre 0,5 e 2,0), e teores de cimento (0%, 3% e 7%). Através das provas de carga, verificou-se que o aumento do teor de cimento e da profundidade de assentamento aumentam a capacidade de carga à tração. Os resultados experimentais foram reproduzidos pelo método de elementos finitos por meio de retroanálise. A partir do modelo numérico gerado pela retroanálise, foram executadas duas análises paramétricas. Na primeira foram definidos os parâmetros significativos – coesão e embutimento – e determinada uma equação adimensional para determinação da carga máxima para tratamento de uma camada infinita. Na segunda análise foram definidos ábacos para determinação da perda de carga em função da redução do diâmetro de tratamento, para três níveis de cimentação – baixa, média e alta. / Geotechnical engineers frequently have to deal with soils that have reduced strength. In order to carry out the design of footings in such materials, their base has to be quite large and/or mechanical properties of the soils have to be improved. Shallow foundations of large dimensions can be extremely expensive and generate undesirable environmental impacts due to large soil movements. As an alternative, the improvement of mechanical properties of the local soil can be obtained by treating it with cementitious agents. Such technique has been used with success in several earthworks such as the improvement of base and sub-base of pavements, slope stability and particularly as a soil-cement mixture of a compacted layer over a low bearing capacity soil. The use of such technique in footings subjected to pullout forces is still insipient. Until middle 1950’s, pullout design methodologies of shallow foundations embedded in soil backfills considered only the weight of the soil contained inside a specific failure surface plus the foundation self-weight as the pullout failure load. Further studies included the shear strength of the soil at the failure surface. Since then several authors considered several techniques to improve and/or reinforce the backfills. At first the influence of backfill compaction and material substitution to improve soil properties were considered. Nowadays, studies concentrate in the reinforcement of backfills with geosynthetics and in the addition of cementitious agents. In such context, the main aim of present work is to carry out a research evaluating the benefits towards the improvement of uplift performance of footings embedded in cemented stabilized backfill, analyzing the influence of the geometrical characteristics of the problem (diameter of the footings, depth of embedment and size of the improved area) and geotechnical properties of the backfill (cohesion intercept, friction angle and Young’s modulus), the latter influenced by the amount of cementitious agents inserted on the soil. For doing so, several pullout tests were carried out varying foundation diameter (0.30 and 0.45 m), embedment depth according foundation diameter (ranging from 0.5 e 2.0) and cement contents (0%, 3% and 7%) in the stabilized backfill. Results of pullout tests have shown that the increase of cement content and embedment depth of the backfill increased uplift capacity. Field results were reproduced through a back-analysis using the finite element technique. In the sequence, two distinct parametrical analyses were also carried out. In the first analysis the parameters that show significance were cohesion intercept and embedment depth – a non-dimensional equation determining the failure pullout load (considering infinite horizontal improvement) was determined. In the second analysis distinct abacus were produced to allow considering reduction of horizontal treatment area for three cementation levels – low, medium e high.

Freqüentemente, a utilização de técnicas tradicionais da engenharia geotécnica depara-se com obstáculos de caráter econômico e ambiental. A técnica do solo-cimento torna-se atrativa quando a melhora das propriedades do solo do local constitui-se numa alternativa de projeto. A técnica de tratamento de solos com cimento encontra aplicação, por exemplo, na construção de bases para pavimentos, na proteção de taludes em barragens de terra e como camada de suporte para fundações superficiais. Entretanto, ainda não existem metodologias de dosagem e projeto das misturas de solo-cimento baseadas em critérios racionais como existe, por exemplo, para o concreto, onde a relação água/cimento desempenha papel fundamental na obtenção da resistência desejada. Nesse sentido, este estudo tem por objetivo quantificar a influência do teor de cimento, da porosidade e do teor de umidade de moldagem, sobre a resistência mecânica de um solo arenoso artificialmente cimentado e avaliar a adequação do uso das relações água/cimento e vazios/cimento na estimativa da sua resistência à compressão simples. Para isso foram realizados ensaios de compressão simples, triaxiais não-drenados e medidas de sucção matricial. Os resultados mostram que a resistência à compressão simples cresceu linearmente com o aumento do teor de cimento e exponencialmente com a redução na porosidade da mistura compactada. Além disso, a variação do teor de umidade de moldagem afetou significativamente a resistência à compressão simples em misturas compactadas numa mesma massa específica aparente seca. Verificou-se que, para o solo-cimento no estado não-saturado (estado em que normalmente se encontram os aterros compactados), o fator água/cimento não é um bom parâmetro para estimativa da resistência à compressão simples. Ao contrário, a relação vazios/cimento, definida pela razão entre a porosidade da mistura compactada e o teor volumétrico de cimento, ajustado por um expoente, demonstrou ser o parâmetro mais adequado na estimativa da resistência à compressão simples do solo-cimento estudado. / Often, the use of traditional techniques in geotechnical engineering faces obstacles of economical and environmental nature. The soil-cement technique becomes attractive when the improvement of the local soil is a project alternative. The treatment of soils with cement finds application, for instance, in the construction of pavement base layers, in slope protection of earth dams and as a support layer for shallow foundations. However, there are no dosage methodologies based on a rational criteria as it exists in the case of the concrete technology, where the water/cement ratio plays a fundamental role in the assessment of the target strength. In that sense, this study aims to quantify the influence of the amount of cement, the porosity and the moisture content on the strength of a sandy soil artificially cemented, as well as to evaluate the use of a water/cement ratio and a voids/cement ratio to assess its unconfined compression strength. A number of unconfined compression tests, undrained triaxial tests and measures of matric suction were carried out. The results show that the unconfined compression strength increased linearly with the increase of the amount of cement and exponentially with the reduction in the porosity of the compacted mixture. Besides, the change in moisture content has remarkably affected the unconfined compression strength of mixtures compacted in a same dry density. It was verified that, for the soil-cement in the unsaturated state (state usually met by compacted fills), the water/cement ratio is not a good parameter for assessment of unconfined compression strength. In the other hand, the voids/cement ratio, defined by the reason between the porosity of the compacted mixture and the volumetric cement content, adjusted by an exponent, demonstrated to be the most appropriate parameter in the assessment of unconfined compression strenght of the studied soil-cement.